锂电池保护板 测试报告

机械科学研究院北京机电研究所

SBCM蓄电池综合管理系统性能测试报告

测试人员：李红林

参加人员：李红林，史建军

联系方式：北京理工大学电动车辆工程技术中心68914070-840,lhlbitev@

日期：2003-6

目录

第一节SBCM蓄电池综合管理系统介绍

第二节试验电池性能分析

第三节锂离子电池组电压均衡系统原理

第四节锂离子电池组充放电过程的安全保护功能（充电方面）

第五节电池组电压均衡系统在工作过程中的能耗分析

第六节电池组管理系统ECU单元对电池SOC的计算及其精度，同时为了消除累计误差，系统采取什么措施？

第七节SBCM蓄电池管理系统的热管理

第八节试验测试结果

a) 50A恒流充电均压曲线

b) 20A恒流充电均压曲线

c) 10A恒流充电均压曲线

d) 电池完整充电过程均压曲线

e) 恒流放电曲线

第九节结论及建议

第一节 SBCM蓄电池综合管理系统介绍

SBCM蓄电池综合管理系统组成(见图一)，主要由多功能蓄电池管理模块、安全充电模式的网络化充电装置、管理系统ECU、PC机的管理系统和高速CAN 总线组成。

图一： SBCM蓄电池管理系统结构示意图

蓄电池（多功能）管理模块SBCM主要由自动均压功率部件（双向10A DC/DC变换器）、自动均压控制部件在充电、放电和备用工况下，当相邻电池电压差大于20MV时即可在嵌入模块内的微控制器和ECU的控制下进行多种模式的自动均压。

自动均压功率部件具有电池组跨电池能量迁移技术、低压差大电流充电技术，双向可逆充电技术、高内阻电池均压过程中高幅值端电压互移对自动均压工程的影响等关键技术问题。

由于具有双向高强度（可跨电池）能量迁移技术的采用，有效解决了充电、放电过程中落后电池补偿问题。

在（多功能）电池管理模块内，还集成了电压检测、温度检测、过压检测和通讯接口。通过通讯网络，将电池模块内的数据以500Kbit/秒的速度传输到高速CAN总线。

管理模块、ECU、充电装置和PC机可共享高速CAN总线上的数据信息。

由于自动均压装置的能量迁移相对有限（每个电池回路小于10A），当充放电电流过大时，不可能完全实现能量平衡。在放电过程中，除电池会产生落后电池外，不会有其他不良影响。在充电过程中，当充电电流过大时，则可能不能通过能量迁移实现电压基本平衡。在充电后期，个别电池会出现充电电压超过电池允许电压的危险状态。

为了有效防止因充电电流过大问题，将具有基于极端单体电池控制的安全充电模式功能的充电装置接入蓄电池管理系统高速CAN总线上，充电机连续监听网络中的相关数据，当发现出现充电电流大于自动均压部件的能量迁移能力时，适时减小充电电流，使充电电流与系统内自动均压部件的能量迁移相适应，从而达到充电过程的安全。

集成在网络内的充电机还监听电池组端电压，电池的最高温度和最大温升，并根据相关规定适时调整充电电流。

SBCM蓄电池综合管理系统，在检测温度的同时，还适时提供温升状况。对于NiMH电池及时发现过大温升和减小温度失控具有重要意义。

ECU是系统的数据处理和控制中枢，同时提供对外高速CAN通讯接口。上位PC机数据采集和管理专用软件界面如图二所示：

图二

主要技术参数

单体电池电压通道数量：1～512

电压检测分辨率： 0.01V

电压检测范围：2～5.00V/Li+

0. 50～2.00/NiH

6.00 ～1

7.00V/MF

电压检测精度：±15mV

单体电池温度通道数量：1～512

分辨率： 0.01℃

检测范围：-30℃～80℃

温升检测分辨率： 0.01℃

温升检测范围： 0.02℃～12.7℃/分钟

温升检测最短时间：6秒

温升检测最长时间：30秒

电池组电压检测范围/分辨率：小于500V/0.1V

充电电流检测/分辨率：小于500A/0.1A

放电电流检测/分辨率：小于500A/0.1A

通讯接口： CAN2.0B/500K

PC机通讯： COM1 / CAN2.0B 500K-RS232

自动均压能量迁移电流：10A

控制方式：自动

充电装置通讯接口： CAN2.0B 500K

额定充电电流：小于300A

额定输出电压：小于460V

控制方式：基于极端单体电池的安全充电控制模式

第二节试验电池性能分析

试验电池是雷天200Ah/3.6V锂离子电池8节串联，但是由于电池经过较长时间的使用，性能有明显下降。经过测试，容量大约为135Ah左右，但是一致性较差，内阻较大。经过脉冲放电和脉冲充电测试电池组的电压和内阻曲线如图下所示。（试验过程只监视6块电池电压）

带均衡系统测量（电池放完电10%SOC）充电过程

整个循环过程充入的容量数为7.5Ah，能量数为253Wh。所有的采集时间都为10秒。其中Bn为内阻均值。从内阻曲线可以看出，电池组中电池的一致性很差，其中电池B1的性能最差，容量最低所以内阻也最大，而电池B4和B6地性能最好，内阻较低。其余电池B2、B3、B5电池的一致性较好。

不带均衡系统（电池放完电20%SOC）

整个过程充入的容量数为7.5Ah，能量数为257.5Wh。数据采集时间为10A时为10秒，20A时为1秒。

带均衡系统循环测量（放电过程）

整个过程放出64Ah的容量和1618.2Wh的能量（8块电池）

试验程序如下：

SET

BEG

DCH 50A 3min 10sec PAU 1min 10sec DCH 30A 3min 10sec PAU 1min 10sec DCH 20A 3min 10sec CYC 13*

动态内阻的计算依据是：电池在电流变化期间（10秒）的电压变化量除以电流变化量。执行13个循环的原因是在循环过程中电池组的电压达到放电电压限24V。